ФАЗОУТВОРЕННЯ ФУНКЦІОНАЛЬНИХ КЕРАМІЧНИХ МАТЕРІАЛІВ ДЛЯ АНТЕННО-ХВИЛЬОВОДНИХ СИСТЕМ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2025.02.15Ключові слова:
славсоніт, цельзіан, керамічні матеріали, диференційно-термічний аналіз, рентгено-фазовий аналіз, фазоутворенняАнотація
Функціональні керамічні матеріали на основі оксидних систем зберігають провідні позиції серед матеріалів технічного призначення завдяки поєднанню широкої доступності сировинних компонентів, високої хімічної інертності, термостійкості, а також здатності до формування складних багатофазних структур. Серед таких систем особливу увагу привертають оксидні трикомпонентні системи, основну роль в яких відіграють алюмосилікатні сполуки. У роботі представлено комплексне дослідження процесів фазоутворення при синтезі барієвих та стронцієвих алюмосилікатів із шихт стехіометричного складу на основі технічної сировини. Застосовано методи термічного аналізу (ДТА, ТГ, ДТГ) у поєднанні з рентгенофазовим аналізом для встановлення температурних діапазонів стабільності проміжних фаз і послідовності фазових перетворень у межах 40…1500 °C. Для системи BaO – Al2O3 – SiO2 виявлено, що утворення первинних барієвих силікатів (Ba2Si3O8, Ba5Si8O21) відбувається за температур 270 – 390 °C, тоді як формування цельзіану фіксується від 990 °C з переходом у гексацельзіан при 1180–1190 °C. Описано роль проміжних фаз – алюмінатів барію та поліморфних модифікацій кварцу та карбонату барію – у механізмі синтезу. В системі SrO – Al2O3 – SiO2 синтез славсоніту відбувається через послідовне утворення фаз SrSiO3, Sr2SiO4, Sr3Al2O6, SrAl2O4 та Sr2Al2SiO7. Основна стадія синтезу славсоніту реалізується в межах 1070 – 1200 °C. За умов дефіциту SiO₂ описано альтернативний механізм через розклад Sr2Al2SiO7. Встановлено, що через утворення Sr-геленіту подальший нагрів до 1500 °C не забезпечує повного синтезу цільової фази. Експериментальні дані повністю відповідають термодинамічним розрахункам та підтверджують складний багатостадійний характер формування фаз цельзіану та славсоніту, в якому суттєве значення мають як термохімічні процеси, так і поліморфні трансформації. Отримані результати дають змогу визначити оптимальні температурні режими, механізми реакцій та вплив складу шихти на синтез, що є важливим для вдосконалення технологій отримання функціональної цельзіанової та славсонітової кераміки.
Посилання
Kenion T., Yang N., Xu C. Dielectric and mechanical properties of hypersonic radome materials and metamaterial design: A review. Journal of the European Ceramic Society, 2022, vol. 42, 1, pp. 1–17, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2021.10.006.
Nag A., Rao R. R., Panda P. K. High temperature ceramic radomes (HTCR) – A review. Ceramics International, 2021, vol. 47, 15, pp. 20793–20806, doi: 10.1016/j.ceramint.2021.04.203.
Chen Z., Li Z., Li J., Liu C., Lao C., Fu Y., Liu C., Li Y., Wang P., He Y. 3D printing of ceramics: a review. Journal of the European Ceramic Society, 2019, vol. 39. Iss. 4, pp. 661–687, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2018.11.013.
Lisachuk H. V., Fedorenko O. Iu., Kryvobok R. V., Bohdanova K. B., Zakharov A. V. Elektrotekhnichna keramika na osnovi aliumosylikativ luzhnykh ta luzhnozemelnykh metaliv [Electrical ceramics based on aluminosilicates of alkali and alkaline earth metals] : monohrafiia. Kharkiv. TOV «Planeta-Print», 2020. 200 p.
Zaichuk A. V., Amelina А. A., Hordieiev Y. S., Kalishenko Y. R. Ultra-high-frequency radio-transparent ceramics of cordierite composition doped with MgO–Al2O3–B2O3–SiO2 glass: Synthesis, microstructure, thermal and physical properties. Open Ceramics, 2023, vol. 15, pp.100377, doi: 10.1016/j.oceram.2023.100377.
Chen S., Zhang S. R., Zhou X. H. Thermal and dielectric properties of the LTCC composites based on the eutectic system BaO – Al2O3 – SiO2 – B2O3. Journal of Materials Science: Materials in Electronics, 2011, No. 22, pp. 453–457, doi: 10.1007/s10854-010-0121-z.
Chen S., Zhu D. G., Cai X. S. Low-temperature densification sintering and properties of monoclinic-SrAl2Si2O8 ceramics. Metallurgical and materials transactions A, 2014, vol. 45, pp. 3995–4001, doi: 10.1007/s11661-014-2344-8.
López-Badillo C. M., López-Cuevas J., Gutiérrez-Chavarría C. A., Rodríguez-Galicia J. L., Pech-Canul M. I. Synthesis and characterization of BaAl2Si2O8 using mechanically activated precursor mixtures containing coal fly ash. Journal of the European Ceramic Society, 2013, 33, pp. 3287–3300, doi: 10.1016/j.jeurceramsoc.2013.05.014.
Ptáček P., Šoukal F., Opravil T., Bartoníčková E., Wasserbauer J. The formation of feldspar strontian (SrAl2Si2O8) via ceramic route: Reaction mechanism, kinetics and thermodynamics of the process. Ceramics International, 2016, 42, Iss. 7, pp. 8170–8178, doi: 10.1016/j.ceramint.2016.02.024.
Fedorenko O. Yu., Lisachuk H. V., Prytkina M. S., Kryvobok R. V., Husarova I. A. Tekhnichna keramika iz zadanymy elektrofizychnymy vlastyvostiamy na osnovi systemy ZnO–SrO–Al2O3–SiO2 [Technical ceramics with specified electrophysical properties based on the system ZnO–SrO–Al2O3–SiO2]. Naukovi doslidzhennia vohnetryviv i tekhnichnoi keramiky [Scientific research into refractories and technical ceramics]. 2017, 117, pp. 176-184, doi: 10.35857/2663-3566.117.17.
Zaychuk A., Dimitrov Ts., Amelina A., Vedmead D. Low-temperature glass-ceramics based on Spodumene. Proceedings of University of Ruse, 2017, vol. 56, No. 10.1, pp. 47–50.
Savvova O. V., Voronov G. K., Topchiy V. L., Smyrnova Yu. O. Technology glass-ceramic materials on the lithium disilicate basis: achievements and development prospects. Chemistry & Сhemical technology, 2018, vol. 12, 3, pp. 391–399.
Lisachuk H. V., Kryvobok R. V., Fedorenko O. Yu. Osoblyvosti syntezu radioprozoroi keramiky iz zadanymy radiofizychnymy vlastyvostiamy [Features of the synthesis of radiolucent ceramics with specified radiophysical properties.]. Zbirnyk naukovykh prats PAT «UKRNDI Vohnetryviv im. A. S. Berezhnoho» [Collection of scientific works of PJSC "UKRNDI of Fireproofing named after A. S. Berezhny"]. 2014, 114, pp. 133–144.
Zaichuk O., Amelina A., Hordieiev Yu., Kalishenko Y., Sribniak N., Halushka S., Borodai D., Borodai A. Patterns in the synthesis processes, the microstructure and properties of strontium anorthite ceramics modified by glass of spodumene composition. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 2020, vol. 6, No. 6 (108), pp. 15–26, doi: 10.15587/1729-4061.2020.216754.
Oghbaei M., Mirzaee O. Microwave versus conventional sintering: A review of fundamentals, advantages and applications. J. Alloy. Compd., 2010, vol. 494, pp. 175–189, doi: 10.1016/j.jallcom.2010.01.068.
Lisachuk G. V., Kryvobok R. V., Zakharov A. V., Fedorenko O. Yu., Prytkina M. S. Thermodynamic analysis of solid phase reactions in SrO – Al2O3 – SiO2 system. Function Materials, 2016, 1 (23), pp. 71–74, doi: 10.15407/fm23.01.071.
Ptáček P., Opravil T., Šoukal F. Introduction of novel kinetic approach to calculation of activation energy and its application to the sinter-crystallization of strontian feldspar. Ceramics International, 2016, vol. 42, Iss. 15, pp. 16969–16980, doi: 10.1016/j.ceramint.2016.07.203.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.
